Procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe hydraulique, et pompe permettant la mise en oeuvre de ce procédé

Abstract

 Procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe hydraulique, et pompe permettant la mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention concerne un procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe hydraulique, consistant à transformer l'énergie potentielle emmagasinée dans le fluide en excès dans la chambre de travail (5) en énergie cinétique, caractérisé en ce que cette énergie cinétique est directement utilisée pour accroître temporairement le volume de la chambre d'alimentation d'une valeur comprise entre 10 et 30% de la cylindrée maximale de la pompe hydraulique.
Elle concerne également une pompe hydraulique permettant la mise en oeuvre de ce procédé.
Application aux pompes d'injection de combustible de moteurs Diesel.

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe hydraulique, ainsi qu'une pompe hydraulique permettant la mise en oeuvre de ce procédé, qui peut être, par exemple, une pompe d'injection de combustible ou une pompe de commande de positionnement de vérins hydrauliques.

[0002] Dans une pompe hydraulique à débit variable munie d'un piston à course rectiligne et constante, dans laquelle une arête du piston coopère avec un trou mettant en communication, à la fin du refoulement et d'une manière sélectivement variable, la chambre de travail avec la chambre d'alimentation, la brusque décompression qui accompagne la fin du refoulement génére des ondes de pression qui remontent le ou les conduits d'alimentation de la chambre d'alimentation. Ces ondes de pression sont dommageables pour les composants, filtres et instruments de contrôle par exemple.

[0003] On connait un procédé permettant de limiter les ondes de pression et d'écrêter les variations de pression, qui consiste à placer des accumulateurs de pression dans les conduits d'alimentation ou sur le corps de la pompe. Toutefois, leur inertie ne permet pas un écrêtage satisfaisant et la nature des fluides, éventuellement agressifs ou à température élevée, rend leur durée de vie très aléatoire. Ces accumulateurs ont une capacité atteignant couramment 200% de la cylindrée maximale de la pompe.

[0004] On connait également, par le document GB 468 958, un dispositif d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression, constitué d'une paroi mobile élastiquement disposée normalement à la direction du jet de fluide, mais ce dispositif est installé sur une pompe munie d'une chambre d'alimentation qui ne communique pas directement avec le dispositif de sorte que le trou d'alimentation de la chambre de travail est distinct du trou de refoulement. Ce dispositif joue alors le rôle d'une capacité conventionnelle permettant d'absorber la majeure partie de la quantité de combustible refoulé aux faibles charges. L'accroissement de volume est alors très important et de plus, la paroi mobile, en position de repos, est très éloignée de la chambre de travail de sorte que l'énergie cinétique du fluide est inopérante.

[0005] La présente invention a pour but d'amortir les ondes de pression et d'écrêter les variations de pression, sans avoir recours à des capacités accumulatrices importantes mais en utilisant l'énergie cinétique du fluide par transfert direct à la paroi mobile élastiquement.

[0006] La présente invention a pour objet un procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe hydraulique munie d'une chambre d'alimentation, consistant à transformer l'énergie potentielle emmagasinée dans le fluide en excès dans la chambre de travail en énergie cinétique, caractérisé en ce que cette énergie cinétique est directement utilisée pour accroître temporairement le volume de la chambre d'alimentation d'une valeur comprise entre 10 et 30% de la cylindrée maximale de la pompe hydraulique.

[0007] La présente invention a également pour objet une pompe hydraulique, permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant une chambre d'alimentation recevant le ou les conduits d'alimentation, un piston à course rectiligne et constante à l'intérieur d'une chambre de travail, muni d'au moins une arête réglant d'une manière sélectivement variable la fin du processus de refoulement hors de la pompe par coopération avec au moins un trou mettant en communication la chambre de travail avec la chambre d'alimentation, au moins un dispositif d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression, constitué par une paroi mobile élastiquement disposée normalement à la direction du jet de fluide, caractérisée en ce que la paroi est située dans la chambre d'alimentation, dans l'axe d'un trou et à proximité de ce trou à une distance n'excédant pas 1,5 fois le plus petit diamètre du trou.

[0008] Avantageusement, la paroi mobile du dispositif fait partie d'une enceinte hermétiquement close et déformable, limitée mécaniquement en expansion et compression, et contenant un gaz sous pression accompagné éventuellement d'un liquide et/ou éventuellement d'un ressort, une partie de l'enceinte déformable étant constituée par un tube cylindrique à paroi ondulée, les ondulations permettant une déformation suivant son axe.

[0009] De préférence, la paroi mobile du dispositif constitue un piston de faible inertie obturant partiellement un logement contenant l'enceinte, des rainures et/ou des trous aménagés dans le piston ou dans la paroi du logement mettant en communication le logement avec la chambre d'alimentation.

[0010] Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, une pompe hydraulique selon l'invention, qui est une pompe d'injection de combustible.

[0011] La figure 1 est une vue schématique montrant la pompe d'injection munie de deux dispositifs d'amortissement et d'écrêtage.

[0012] La figure 2 est une vue détaillée d'un dispositif d'amortissement et d'écrêtage.

[0013] Dans la figure 1, il est représenté un corps de pompe 1, un cylindre 2 fixé de manière connue dans le corps 1, une culasse 3 comportant un clapet anti-retour 4 obturant un orifice 3', un piston 10 qui délimite entre sa face supérieure 15 et la culasse 3 une chambre de travail 5, une chambre d'alimentation annulaire 6, appelée aussi chambre collectrice 6, mise en communication avec la chambre de travail 5 par l'intermédiaire de deux trous 7 et enfin, deux corps tubulaires 21 enfermant chacun un dispositif d'amortissement et d'écrêtage, ces deux corps débouchant chacun dans la chambre collectrice 6, dans l'axe d'un trou 7.

[0014] Bien entendu, la pompe d'injection de combustible peut ne comporter qu'un trou et un dispositif associé, mais généralement, une pompe d'injection comporte deux trous 7 diamétralement opposés pour éviter au piston de subir des charges latérales dues à des poussées hydrauliques.

[0015] Le piston 10 comporte une gorge 11, une rainure verticale 12, une autre rainure verticale diamétralement opposée non représentée, un évidement 13 qui délimite une arête oblique 14 et un autre évidement délimitant une autre arête oblique, non représentés.

[0016] Le piston 10 est mû verticalement dans le cylindre 2, par l'intermédiaire d'une came non représentée et exécute en montant une course de compression et en descendant une course d'aspiration. Par ailleurs une crémaillère, non représentée, engrène avec une denture d'une pièce reliée au piston, afin de positionner angulairement celui-ci et de modifier l'instant de la fin de l'injection par l'intermédiaire des arêtes ôbliques.

[0017] Dans la figure 2, montrant le cylindre 2 muni d'un trou 7, il est représenté de manière plus détaillée, un dispositif 20 débouchant dans la chambre collectrice 6 en face d'un trou 7.

[0018] Ce dispositif 20 est installé dans un corps tubulaire 21 comportant un alésage 36, une tête extérieure 22, par exemple à six pans, permettant le serrage de ce dispositif, un filetage 23 coopérant avec un taraudage 11 du corps de pompe 1, et une extrémité 24 munie d'un épaulement 25 formant butée. Un joint 40 est interposé entre la tête 22 et le corps de pompe 1.

[0019] Bien entendu, la présence du corps tubulaire 21 n'est pas indispensable et l'alésage 36 avec l'épaulement 25 peuvent être obtenus directement par usinage du corps de pompe 1.

[0020] Le dispositif 20 comprend un piston 26 mobile librement à l'intérieur de l'alésage 36, un bouchon 30 arrêté en translation par un anneau d'arrêt 32 et muni d'un joint torique 33 assurant l'étanchéité entre le bouchon 30 et l'alésage 36. Des cales 42 en nombre et épaisseur variables permettent de modifier la distance au repos entre le piston 26 et le bouchon 30. Un tube cylindrique 34 à paroi ondulé est relié d'une façon étanche au bouchon 30 et au piston 26 par l'intermédiaire des épaulements 31 et 28.

[0021] Le tube cylindrique 34 ainsi que l'épaulement 28 du piston 26 et l'épaulement 31 du piston 30, constituent une enceinte hermétiquement close et déformable située dans l'alésage 36 du corps tubulaire 21. Cette enceinte est limitée mécaniquement en expansion par l'épaulement 25 et l'anneau d'arrêt 32, et limitée mécaniquement en compression car chaque épaulement interne 28, 31 des pistons 26 et du bouchon 30 comporte une butée 28', 3 T. Ces deux butées servent également de guide à un ressort 35 qui est en appui sur les épaulements 28, 31. La présence de ce ressort n'est, bien entendu, pas indispensable car l'enceinte hermétiquement close et déformable contient un gaz sous pression, éventuellement accompagné d'un liquide pour modifier la raideur de l'amortisseur constitué uniquement par le gaz ou par l'ensemble gaz-ressort.

[0022] Le piston 26 comporte une paroi ou face externe 27, plane ou concave, avantageusement rendue résistante à l'abrasion par un traitement de surface approprié, tel le dépôt d'un matériau céramique. Le piston 26 étant en butée sur l'épaulement 25, cette face 27 doit se trouver à une distance du trou 7 n'excédant pas 1,5 fois le plus petit diamètre de ce trou.

[0023] Le corps tubulaire 21 comporte un orifice 37 et le corps de pompe 1 comporte une rainure 38, cet orifice 37 et cette rainure 38 mettant en communication le volume 41 existant entre l'alésage 36, le tube 34, le piston 26 et le bouchon 30 avec la chambre collectrice 6. L'orifice 37 est réalisé à une distance 1 de la face 43 du piston 26 lorsqu'il est au repos sur l'épaulement 25. Cette distance 1 est légèrement inférieure à la distance L séparant au repos les deux butées 28' et 31' et ainsi, lorsque le piston 26 recule, l'obturation du trou 37, préalable à la mise en butée mécanique, provoque une montée en pression du combustible enfermé dans le volume 41 et assure une mise en butée hydraulique.

[0024] Selon une variante de l'invention, un orifice 37' peut être pratiqué directement dans le piston 26 et, dans ce cas, la rainure 38 et le trou 37 ne sont pas indispensables.

[0025] Une opération d'amortissement et d'écrêtage se passe de la manière suivante :

- Au début de la phase de décompression, c'est-à-dire à l'instant où les arêtes 14 du piston 10 découvrent les trous 7, la quantité de mouvement disponible dans le combustible à la sortie du trou 7 est immédiatement retransformée, par l'intermédiaire du piston 26 qui comprime le gaz et/ou le ressort du dispositif 20, en énergie potentielle évitant ainsi aux ondes de pression de se propager à l'extérieur de la chambre collectrice 6. Le piston est ensuite repoussé par le gaz et/ou le ressort vers la butée 25. La libération progressive de l'énergie potentielle emmagasinée dans le dispositif 20 est contrôlée par l'échange d'une quantité de combustible entre le volume 41 et la chambre collectrice 6, à travers les orifices 37, 38 et/ou 37' et/ou le jeu installé entre le piston 26 et l'alésage 36.

[0026] La variation de volume de la chambre collectrice 6 engendrée par le déplacement du piston est comprise entre 10 et 30% de la cylindrée maximale de la pompe d'injection. Les cales 42 permettent d'ajuster au besoin la précontrainte du dispositif 20.

[0027] L'énergie cinétique est disponible à la sortie du trou 7 sous forme d'une faible masse de combustible animée d'une très grande vitesse. Le choc qui s'ensuit sur la face 27 du piston 26 engendre une érosion importante. L'utilisation d'un traitement approprié destiné à augmenter la résistance à l'abrasion de la face 27 permet de limiter les conséquences de ce phénomène.

[0028] L'avantage d'utiliser une enceinte close et accumulatrice telle que le dispositif 20, évite d'avoir à réaliser entre le piston 26 et l'alésage 36 une étanchéité dont la durée de vie est aléatoire et qui introduit une perte par frottement importante. Cette perte par frottement vient s'ajouter, au moment de l'absorption de l'énergie cinétique, à l'inertie due à la masse du piston 26 dont la résistance au déplacement doit, au contraire, être très faible.

Revendications

1/ Procédé d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression dans les conduits d'alimentation d'une pompe hydraulique munie d'une chambre d'alimentation (6), consistant à transformer l'énergie potentielle emmagasinée dans le fluide en excès dans la chambre de travail (5) en énergie cinétique, caractérisé en ce que cette énergie cinétique est directement utilisée pour accroître temporairement le volume de la chambre d'alimentation d'une valeur comprise entre 10 et 30% de la cylindrée maximale de la pompe hydraulique.

2/ Pompe hydraulique, permettant la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant une chambre d'alimentation (6) recevant le ou les conduits d'alimentation, un piston (10) à course rectiligne et constante à l'intérieur d'une chambre de travail (5), muni d'au moins une arête (14) réglant d'une manière sélectivement variable la fin du processus de refoulement hors de la pompe par coopération avec au moins un trou (7) mettant en communication la chambre de travail (5) avec la chambre d'alimentation (6), au moins un dispositif (20) d'amortissement des ondes de pression hydrauliques et d'écrêtage des variations de pression, constitué par une paroi (27) mobile élastiquement disposée normalement à la direction du jet de fluide, caractérisée en ce que la paroi (27) est située dans la chambre d'alimentation (6), dans l'axe d'un trou (7) et à proximité de ce trou à une distance n'excédant pas 1,5 fois le plus petit diamètre du trou.

3/ Pompe hydraulique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la paroi mobile (27) du dispositif fait partie d'une enceinte hermétiquement close et déformable, limitée mécaniquement en expansion et compression, et contenant un gaz sous pression accompagné éventuellement d'un liquide et/ou éventuellement d'un ressort (35).

4/ Pompe hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une partie de l'enceinte déformable est constituée par un tube cylindrique (34) à paroi ondulée, les ondulations permettant une déformation suivant son axe.

5/ Pompe hydraulique selon au moins l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la paroi mobile (27) du dispositif constitue un piston de faible inertie obturant partiellement un logement (36) contenant l'enceinte, des rainures et/ou des trous (37) aménagés dans le piston ou dans la paroi du logement (36) mettant en communication le logement avec la chambre d'alimentation (6).

6/ Pompe hydraulique selon au moins l'une des revendications 2 à 5,_' caractérisée en ce que des moyens (42) sont prévus pour faire varier la précontrainte du dispositif (20) d'amortissement et d'écrêtage.

7/ Pompe hydraulique selon au moins l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que celle-ci est une pompe d'injection de combustible.

Dessins